专利名称：一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及钻探技术领域，特别是石油钻井用的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具。
背景技术：
随着科学技术的发展，涡轮钻具已经发展成为石油钻探技术领域不可缺少的一种井下工具，在钻探施工中起着越来越大的作用。但由于涡轮钻具在井下工作条件恶劣，还存在着扭矩小、轴承寿命尤其是止推轴承工作寿命较短等问题，严重影响了其迅速发展。涡轮钻具的主要部件是涡轮，每一级涡轮由一个定子和一个转子组成。定子和转子的形状基本一样，只是叶片的弯曲方向相反。涡轮利用涡流在叶片两面产生的压差来使转子产生转动，转子转动的速度及扭矩由叶片的形状和叶片的角度决定。止推轴承是涡轮钻具的重要组成部分之一，在其上作用着很大的轴向负荷。目前，止推轴承在工作时采用钻井液进行润滑，而钻井液含有研磨性颗粒这一问题是不可能解决的，因此其寿命较短成为涡轮钻具中最为薄弱的环节。在钻井过程中，涡轮钻具本身的扶正效果不够理想，在钻井时易于出现井眼轨迹偏移的问题，尤其不利于直井的钻井。
实用新型内容为了克服现有技术的不足之处，本实用新型提供一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是该涡轮钻具主要由涡轮节和支承节两大独立单元组成。其特征在于处于涡轮节下部及支承节中部的止推轴承组采用的是一种用密闭式油浸方式润滑的推力球轴承，用润滑油来取代含有研磨性颗粒的钻井液润滑，可极大地提高止推轴承的工作寿命。该种轴承不用钻井液来冷却和润滑，保证了不受研磨材料的作用，从而具有更长的寿命。为了使轴承组顶部钻井液所作用的压力得到释放，在第一止推轴承组与第二止推轴承组的轴承组外圈与(涡轮节、支承节)壳体间加工出可通过钻井液的通道槽，在(涡轮节、支承节)壳体与轴承组外圈间形成钻井液的通道；该通道槽可以是方形、半椭圆形、半圆形或其它的形状，最好为半圆形；为了方便，通道槽可以在外壳内部加工，也可以加工在轴承外圈上。当通道槽加工在轴承外圈上时，为了防止轴承外圈相互错动，在轴承上下组接触面上钻上止动销孔，安装上止动销防止其错开而影响其通道的畅通；为了防止在轴承外圈上开平行于支承节轴中心线的直槽而影响轴承的寿命，所开的通道槽可以是以支承节轴中心线为轴线的螺旋线型。处于涡轮节中部的涡轮组，每一级涡轮都是相同的。为了得到合理的大扭矩，定子和转子的叶片角度与其它的涡轮钻具不同。根据优选及现场实验确定，叶片入口端与出口端两个高点连线与水平线的夹角一般取53° -67°，最好是65°。为了增加涡轮钻具钻进时的防斜效果，在上接头的上部加工出三个或四个稳定器的短棱，在短棱上加工出安放变径稳定器活塞套29的圆孔，把加工好的变径稳定器的活塞30及第一 O型圈(31)、第二 O型圈(33)及Y型密封圈与挡圈32安装好后一同放入活塞套里，再安装在上接头上。在安放活塞套29的圆孔处加工出母扣、而在活塞套上加工出对应的公扣的方式来固定活塞套。活塞套采用螺纹的方式固定时，可在适当位置安装上防松螺钉34;也可以采用滚珠锁紧的方式来固定活塞套29，也可以采取卡簧、卡紧钢丝、压紧螺栓等方式。在涡轮节上接头I或支承节上接头17上增加了变径稳定器的功能，使涡轮钻具的扶正效果更好。活塞30的工作面为球形面，上面镶嵌硬质合金与金刚石的复合体或其它的耐磨材料。本实用新型的有益效果是，与现有技术相比，该实用新型提高了涡轮节、支承节中止推轴承的寿命，从而保证了涡轮钻具整体的使用寿命；改变了涡轮叶片的角度，从而获得较大的扭矩；增加了变径稳定器的功能，使涡轮钻具的扶正效果更好，更能满足钻探生产的需要。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是本实用新型涡轮钻具第一部分涡轮节的半剖面结构示意图。图2是本实用新型涡轮钻具第二部分支承节的半剖面结构示意图。图3是本实用新型涡轮钻具第一部分涡轮节的一种结构的半剖面示意图。图4是本实用新型涡轮钻具第二部分支承节的一种结构的半剖面示意图。图5是本实用新型涡轮钻具止推轴承组外圈开有螺旋形通道槽及安装有止动销的局部剖视图。图6是本实用新型涡轮钻具涡轮定子叶片沿直径方向的剖面结构示意图。图7是本实用新型涡轮钻具涡轮转子叶片沿直径方向的剖面结构示意图。图8是本实用新型涡轮钻具涡轮节上接头I或支承节上接头17增加变径稳定器功能的变化示意图。图9是过变径稳定器活塞中心线横截面的剖面示意图。图中1.涡轮节上接头，2.上花键，3.调整套，4.径向轴承，5.垫套I，6.定子，7.转子，8.垫套II，9.导向外套，10.导向套，11.轴承组，12.涡轮节外壳，13.涡轮轴，14.涡轮节下接头，15.花键套，16.钻井液通道；17.支承节上接头，18.花键头，19.导向套，20.调整套，21.调整套，22.支承节轴承组，23.支承节外壳，24.垫套，25.支承节轴，26.支承节下接头，27.止动销，28.垫圈，B为定子、转子叶片入口端与出口端两个高点连线与水平线的夹角，29.变径稳定器活塞套，30.变径稳定器活塞，31.第一 O型圈，32. Y型密封圈及挡圈，33.第二 O型圈，34.防松螺钉。
具体实施方式
在
图1、图3中，涡轮节上接头I的上部母扣与钻铤或钻杆相连接，下部公扣与涡轮节外壳12的上端母扣连接，涡轮节外壳12的下端母扣与涡轮节下接头14的上部公扣连接，润轮节下接头14的下部公扣与另一个润轮节或支承节相连接。在润轮节内部由上到下依次有上花键I的下母扣与涡轮轴13的上公扣连接，涡轮轴13的下公扣与花键套15的母扣连接。在涡轮轴与外壳间依次安装有调整套3、径向轴承4、垫套1、第一级定子6、第一级转子7、第η级定子6、第η级转子7，垫套118、径向轴承4、导向外套9、导向套10、轴承组11。用调整套3及垫套I调整安装间隙。图3中在轴承组外圈上加工有钻井液通道16，在导向外套9上加工出与钻井液通道16相配的孔，增加了有与钻井液通道16相配的垫圈28。在图3、图4中，支承节上接头17的母扣可与涡轮节下接头14的下端公扣连接，支承节上接头17的下公扣与支承节外壳23的上母扣连接，支承节外壳23的下母扣与支承节下接头26的公扣连接。在支承节内部由上到下依次有花键头18的上花键可与涡轮节花键套15的内花键相连接，其下端母扣与支承节轴25的上端公扣连接，支承节轴25的下端母扣可与钻头相连接。在支承节轴25与外壳23间依次安装有调整套20、21、径向轴承4、轴承组22、径向轴承4、垫套24，在花键头18导流孔处安装有导向套19。在图5中，在轴承组外圈上加工有钻井液通道16，在两套径向轴承4上相应接触位置加工出相应的通道孔。在图5中，在轴承组外圈外表面上所开的通道槽16是以支承节轴中心线为轴线的螺旋线型，在各级轴承外圈之间接触面的相应位置钻有止动销孔，安装有止动销27。在图6、图7中，叶片入口端与出口端两个高点连线与水平线的夹角B为65°。在图8、图9中，涡轮节上接头I或支承节上接头17增加了变径稳定器的功能，其长度根据情况进行了加长，与之相配的花键2、花键头18也要进行相应的加长。在上接头的上部加工出三个稳定器的短棱，在短棱上加工出安放活塞套29的三个圆孔及母扣，把加工好的活塞30及O型圈31、33及Y型密封圈与挡圈32安装好后一同放入加工有与母扣相配公扣的活塞套后安装在上接头上，并在短棱的侧面适当位置安装上防松螺钉34。活塞30的工作面为球形面，上面镶嵌硬质合金与金 刚石的复合体或其它的耐磨材料。
权利要求1.一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，该涡轮钻具主要由涡轮节和支承节两大独立单元组成，其特征在于处于涡轮节下部及支承节中部的止推轴承组采用的是一种用密闭式油浸方式润滑的推力球轴承。
2.根据权利要求1所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是涡轮节中的定子和转子的叶片角度，叶片入口端与出口端两个高点连线与水平线的夹角一般取53。-67。，最好是 65°。
3.根据权利要求1所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是涡轮节上接头(I)与支承节上接头(17)进行了加长，在上接头的上部加工出三个或四个稳定器的短棱，在短棱上加工出安放变径稳定器活塞套(29)的圆孔，把加工好的变径稳定器的活塞(30)及第一 O型圈(31)、第二 O型圈(33)及Y型密封圈与挡圈(32)安装好后一同放入活塞套后安装在涡轮节上接头(I)或支承节上接头(17)上，形成一个小的变径稳定器。
4.根据权利要求3所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是在涡轮节上接头(I)或支承节上接头(17)安放活塞套(29)的圆孔处加工出母扣、而在活塞套上加工出对应的公扣的方式来固定活塞套，在短棱侧面适当位置安装上防松螺钉(34)。
5.根据权利要求3所述的所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是涡轮节上接头(I)或支承节上接头(17)的活塞套(29)采用滚珠锁紧的方式来固定，也可以采取卡簧、卡紧钢丝、压紧螺栓来固定活塞套(29)。
6.根据权利要求1所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是在第一止推轴承组(11)、第二止推轴承组(22)的轴承组外圈上加工出可通过钻井液的通道槽(16)，该通道槽可以是方形、半椭圆形、半圆形。
7.根据权利要求1所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是在第一止推轴承组(11)、第二止推轴承组(22)的轴承外圈上下组接触面上钻上止动销孔，安装上止动销(26)防止其错开而影响其通道的畅通。
8.根据权利要求6所述的一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，其特征是止推轴承组通道槽(16)是以支承节轴中心线为轴线的螺旋线型。
专利摘要一种长寿命大扭矩新型涡轮钻具，主要由涡轮节和支承节两大独立单元组成。处于涡轮节下部及支承节中部的止推轴承组采用的是一种用密闭式油浸方式润滑的推力球轴承；为了使轴承组顶部钻井液所作用的压力得到释放，在轴承组外圈上加工出可通过钻井液的通道槽；为了得到合理的大扭矩，根据优选及现场实验确定，叶片入口端与出口端两个高点连线与水平线的夹角一般取53°-67°，最好是65°；为了增加涡轮钻具钻进时的防斜效果，在涡轮节上接头或支承节上接头的上部加工出三个或四个稳定器的短棱，在短棱上安装上活塞使之具有变径稳定器的功能。该实用新型提高了涡轮节、支承节中止推轴承的寿命，能获得较大的扭矩，提高了涡轮钻具的扶正能力。
文档编号E21B4/00GK202866643SQ20122003694
公开日2013年4月10日 申请日期2012年1月30日 优先权日2012年1月30日
发明者袁淑英, 陈广岭 申请人:袁淑英, 陈广岭